JPH03129103A - サーボアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は航空機の姿勢制御等に用いるサーボアクチュエ
ータにに関する。より詳しくは、複数のサーボアクチュ
エータを並列作動させるシステムにおいてサーボアクチ
ュエータ間のフォースファイトを減少できるようにした
ものである。

更に本発明は並列作動するサーボアクチュエータの安定
性補償を向上させるものである。

また、単独で作動させるサーボシステムに用いた場合に
も安定性の補償が行えるサーボアクチュエータに関する
。

〔従来の技術〕

従来用いられる電油サーボアクチュエータにおいては、
電気信号を油圧信号に変換する電油変換手段、該電油変
換手段により作動されるアクチュエータ、該アクチュエ
ータの出力部材の位置を検出し位置電気信号を発信する
位置検出器、該位置検出器からの位置信号と指令信号と
を比較して偏差信号を発信する加算器、該加算器からの
偏差信号を増幅して前記電油変換手段へ入力する増幅器
からなる電油サーボアクチュエータからなっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

特に航空機等においては、サーボシステムの信頼性を確
保するため、並列に設けた複数のサーボアクチュエータ
を共通する一つの制御対象に連結し、同じ一つの指令信
号をサーボ増幅器に入力して、１台のサーボアクチュエ
ータが故障したときにも、他のサーボアクチュエータに
より正常に作動させることが行われている。

この場合に、個々のコンポーネントゲインのバラツキや
、零点のずれ、取付誤差等の影響により、各々のサーボ
アクチュエータの出力に誤差が生じる。その結果、負荷
がなくても両サーボアクチュエータ間に互いに他方のサ
ーボアクチュエータから外力が加わる現象、いわゆるフ
ォースファイトが生じる。

このフォースファイトを防止する対策、すなわち剛性調
整機構として、従来から、 ａ）シリンダ室の差圧を検出し、この差圧を電油圧サー
ボバルブのコントロールバルブの軸力として帰還する方
法、 ｂ）シリンダ室間の漏れ量を強制的に増加する方法、 等が提案されている。

しかしながら、 ａ）のシリンダ室の差圧を帰還する方法は、コストが高
く、製造公差が極めて大きい、等の問題がある。

一方、ｂ）のシリンダ室間の漏れ量を増加する方法は、
パワーロスが発生する、 等の問題点がある。

サーボシステムの安定性補償機構としては、従来から、 ａ）電気的フィルタによる補償 ｂ）油圧的に両シリンダ間の差圧を微分し、両シリンダ
間の漏洩量を制御する方法、 等が提案されている。

しかしながら、 ａ）の電気的フィルタによる補償方法は、信頼性が低い
、 という問題がある。

また、ｂ）の油圧的に差圧を微分し両シリンダ間の漏洩
量を制御する方法は、作動油中の異物によるバイパスパ
ルプの固着や、作動油中に混入したエアによる安定性の
劣化等があり、信頼性が極めて低く、また、コストが高
い、 等の問題がある。

本発明は従来技術に付随する問題点に鑑み、信頼性が高
く、低コストで、製造公差が小さく、パワーロスが極め
て少ない等の特徴を備えた剛性調整機構および安定性補
償機構を具備したサーボアクチュエータを提供するもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はサーボアクチュエータのピストンロッドの変形
量を機械的に帰還して剛性調整または安定性補償を行な
うようにしたことを特徴とするサーボアクチュエータに
より、上記課題を達成する。

本発明においては、電気信号を油圧信号に変換する電油
変換手段、該電油変換手段により作動されるアクチュエ
ータ、該アクチュエータの出力部材の位置を検出し位置
電気信号を発信する位置検出器、該位置検出器からの位
置信号と指令信号とを比較して偏差信号を発信する加算
器、該、加算器からの偏差信号を前記電油変換手段へ入
力する電油サーボアクチュエータにおいて、該サーボア
クチュエータのピストンロッド部の外力に伴なう変形量
を機械的に検出し、機械的変位増幅機＋Ｍにより増幅し
て、この変位を位置検出装置に帰還するようにしたこと
を特徴とするサーボアクチュエータとすることが好まし
い。

また、機械的変位増幅機構は実施例に示すようにリンク
機構で構成することが好ましい。

〔作　用〕

本発明においては、フォースファイト等の外力を、ピス
トンロッドの変形量によって検出し、これをリンク等の
機械的１曽幅機溝によって増幅し、アクチュエータの位
置検出器の検出部ロッドと検出ポイントとの相対変位量
として帰還することによって、外部荷重の作用方向と逆
方向に検出部ロッドを作動させ、このようにして外力を
帰還して、アクチュエータの等価剛性を低下させるとと
もに安定性をも増大させることが可能となる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は、本発明の第１実施例の断面図である。

シリンダ型アクチュエータは、円筒状をしたシリンダ１
４と、シリンダ１４内に摺動可能に装着されたピストン
ヘッド１３からなり、ピストンヘッド１３に筒状のピス
トン７が連結され、ピストン７の端部（ロッドエンド）
９は制御対象（図示せず）に連結可能である。

電気信号を油圧信号に変換する電油変換手段４は、シリ
ンダ型アクチュエータ１５のシリンダ室１５ａ、１５ｂ
に連結している。

ピストンヘッド１３はシリンダ１４に摺動可能に密封状
に嵌合され、シリンダ室１５ａ、１５ｂが形成されてお
り、ピストンヘッド１３の両側にシリンダ室１５ａ、１
５ｂの作動油圧が作用する。

１６．１７はシールである。

シリンダ型アクチュエータ１５の左端部には、ＬＶＤＴ
　（線形可変差動変圧器）５が設けられている。ＬＶＤ
Ｔ５は、復調器３に接続しており、復調器３は、加算器
１に接続している。

加算器１はサーボ指令信号を受け、そのサーボ指令信号
と復調器３からの信号の差の偏差を出力し、増幅器２に
入力する。増幅器２は、偏差を増幅して電油変換手段４
へ入力する。

上記構成により、バイアス指令信号を受けると、増幅器
２により増幅された信号が電池変換手段４に入力さ、れ
、ピストンヘッド１３を移動させる。

ピストン７の内部には、円筒状をしたスリーブ１２がピ
ストン７と同軸状に設けられ、スリーブ１２の根元側端
部はピストン７の内周に固着されている。

ピストン７とスリーブ１２の間にピストンロッドの変形
量を機械的に検出、増幅し、ＬＶＤＴ５へ帰還するため
の機械的変位増幅機構が設けられている。以下その構造
を説明する。

スリーブ１２の先端部１２ａは、第２図に示すように斜
めに形成され、この傾斜部１２ａに対向する周面には矩
形状の開口１２ｂが形成されている。

前述したピストン７のロッドエンド９近傍に形成された
環状四部にはアーマチュア１０が一体的に取着されてい
る。

アーマチュア１０は第３図〜第５図に示すように、ピス
トン７に嵌合する円筒状をしたサポート面１０ａの内周
の一部分から矩形状断面をした本体１０ｂが対向するサ
ポート面１０ａの直前まで垂下している。本体１０ｂに
は、サポート面１０ａの内側にサポート面１０ａと同軸
状に円弧状の係合片１０ｅが形成されており、係合片１
０ｅの軸方向の両端面はスリーブ１２の開口１２ｂと嵌
合する（点Ｐ２）。

アーマチュア１０の本体１０ａの下端部にアーマチュア
１０の軸線に直交する方向に小孔１０ｃが穿たれている
。

スライダ８がスリーブ１２内を摺動可能に設けられてお
り、スライダ８とアーマチュア１０の小孔１０ｃとはリ
ンク１１により連結されている。

また、スライダ８は連結棒６を介してＬＶＤＴ５に連結
されている。

次に本実施例の作用を述べる。アーマチュア１０は軸線
方向（第４図においてＣ方向）に揺動可能であり、スリ
ーブ１２と点Ｐ２において係合しく第１図参照）、係合
点Ｐ２を支点としてピストン７上の点Ｐｉの変位は本体
１０ｂにより増幅されて小孔１０ｃの位置の点Ｐ３に出
力される。

従って、点Ｐ１と２２間の長さを４１．点Ｐ２と４３間
の長さを１２とすると（第３図参照）、ロッドエンド９
に作用する外力によるピストンヘッド１３とアーマチュ
ア１０間の長さＬの領域でのピストン７の変形量は１２
／！１倍に増幅され小孔１０ｃ位置Ｐ３の変位に変換さ
れ、スライダ８を介してＬＶＤＴロッド６の変位に帰還
される。

作用方向について述べる。今、指令信号が零の状態にお
いて、仮にロッドエンド９に矢印Ａ方向（第１図）の引
張り荷重が作用したとすると、ピストン７の長さＬの領
域の長さは長くなり（Ａ方向へ動＜）、アーマチュア１
０の支点Ｐ２に対するＰＬの変位方向はＡ方向に移動し
、ＬＶＤＴロッド６は矢印Ｂ方向へ△Ｘ動く。その結果
、ピストンロッドは僅かにＡ方向へ動いているにもかか
わらず、ΔＸ相当のＢ方向の等価帰還がかけられる。こ
の帰還信号により、電油変換手段４は、作動油をシリン
ダ室１５ａへ流入させると共にシリンダ室１５ｂ内の作
動油を逃がす（排出する）ように作動し、従って、ピス
トン７は矢印Ａ方向へ移動する。そのため、サーボアク
チュエータの剛性が低下し、２またはそれ以上のサーボ
アクチュエータが並列に１つの制御対象に結合されてい
る場合は、各種誤差によるフォースファイトは減少する
。

なお、サーボアクチュエータ作動方向は外力と同方向で
ある。従って、外力を加えたときにサーボアクチュエー
タは、その外力を低下させる方向へ作用するため、安定
性は増大する。

なお、上述した実施例においては、リンクによる増幅を
１段としたが、２段増幅以上とすることにより、更にそ
の効果は増大可能である。

本発明の第２実施例を第６図および第７図を参照して説
明する。

第６図に示す第２実施例においては、シリンダ１４、シ
リンダ１４の内部に設けられたＬＶＤＴ５、ＬＶＤＴ５
に接続された復調器３、加算器１、増幅器２、電油変換
手段４等の構成は第１図に示した実施例と同様であるの
で、第１図と同様な部材については同一の符号を付し、
それらの説明は省略する。

第２実施例においても、ピストン７の内側にピストン７
と同軸上にスリーブ１２か設けられており、スリーブ１
２の端部（第６図においては左側端部）はピストン７に
一体的に結合されている。

スリーブ７の先端部１２ａは第１実施例と同様に斜めに
形成されており、スリーブ１２の先端側周面には、円形
状の孔１２ｂが形成されている。

また、ピストン７のスリーブ１２の先端部と対応する位
置には、以下に記載する方法により、円筒部材２０がピ
ストン７と一体的に且つスリーブ１２の外側を囲むよう
に設けられている。

すなわち、ピストン７の内部に形成された円形断面の凹
部内に、円筒部材２０が装着され、その右側端部には、
皿ばね２１が装着され、更にロッドエンド９がピストン
７に螺合連結されている。

これにより円筒部材２０は、皿ばね２１によりピストン
７内の凹部に固定的に位置されている。なお、符号３１
は円筒部材２０の左側先端面とピストン７との間に設け
られたシムである。

円筒部材２０には、前述したスリーブ１２の円形孔１２
ｂに対応する位置に、円形孔２０ａが形成されており、
円形孔２０ａと中心軸を挟んで反対側で且つ軸線方向に
変位した位置には、円形孔２０ｂが形成されている。

円形孔１２ｂおよび２０ａにはＬ字形状をしたリンク２
２が嵌着されている。リンク２２の上端部は球面状をし
ており、ピストン７の内周面と点接触するようになって
いる。更に、リンク２２は、円形孔１２ｂ、２０Ｈに対
応する位置に環状の突起部２２ｂ、２２ａを有している
。突起部２２ｂ、２２ａの放射方向外周面はそれぞれ球
面状に形成されている。

リンク２２の下端部には、第６図の平面図で見た場合に
、同じくＬ字状となるリンク２４の底部がボルト２３に
より一体的に締結されている。リンク２４の底部２４ａ
に連結した本体部２４ｂに小孔２４ｃが形成され、本体
部２４ｂは、リンク２５の小孔２５ｃに枢着されたビン
２６を介してリンク２５に枢動可能に連結されている。

リンク２５は第６図に示すように、その下端部に形成さ
れた円筒状部２５ｂが円筒部拐２０に形成された円形孔
２０ｂに嵌合されるようになっている。なお、リンク２
５の円筒状部２５ｂおよび下端先端部はそれぞれ球面状
をしている。

上述のようにリンク２４の先端部に形成された小孔２４
ｃとリンク２５に形成された小孔２５ｃがピン２６によ
り枢着されている。

リンク２５の先端部には、小孔２５ｄが形成されている
。リンク２８は小孔２８ａ、２８ｂを有している。リン
ク２５とリンク２８は小孔２５ｄと小孔２８ａに装着さ
れたピン２７により連結されている。リンク２８の他の
小孔２８ｂはピン２つによりスライダー８に枢着されて
いる。

また、ＬＶＤＴロッド６の先端に設けられたスライダ８
の左側端面とスリーブ１２の間には、各リンク２２．２
４．２５．２８間のバックラッシを無くすための与圧ス
プリング２つが装着されている。なお、符号３０はスラ
イダ８の外周面とスリーブ１２の間に装着されたウェア
リングである。

以上の構成からなる第２実施例においては、ロッドエン
ド９に作用した外力によりピストン７が移動すると、こ
の移動および外力に伴うピストンの変形は円筒部材２０
からリンク２２の円弧状の凸部２２ａに伝えられる。

一方、ロッドエンドａの外力による変形から切り離され
ているスリーブ１２により、ピストン７の変位そのもの
はスリーブ１２を介してリンク２２の円形凸部２２ｂに
伝えられる。

これらにより、ロッドエンド９に作用した外力によるピ
ストン７の変形はリンク２２に伝えられ、第７図に示す
ように環状突起部２２ｂ間の距離ｌｌに対する環状突起
部２２ｂとリンク２２を連結しているピン２６との間の
距離１２との比率、すなわち１２／！Ｌ、により拡大さ
れ、リンク２５に伝えられる。また、リンク２５によっ
て、■筒形状部２５ｂとピン２６の間の距Ｍｊ１３と、
円筒形状部２５ｂとピン２７の間の距Ｍｊ１４との比率
、すなわち、４４／４３の比率により増幅される。

以上のように、ピストン７の変形により生ずる環状突起
部２２ｂの変位は、２段に増幅され、すなわち、Ｃ１２
・、ｅ４　）／　（４１１３）倍に増幅されてスライダ
８に伝達される。

更に、ピストン７の変形は、リンク２５の円筒状部２５
ｂも直接変位させるから、その変位分は４４／４３倍に
拡大されてスライダ８に伝達される。

以上の結果、ピストン７の変形は、 （Ｊ２　・４４　）／　（４１１３）＋ｊ４　／ｊ３倍
に拡大されてスライダ８に伝達されるこの結果、本実施
例によれば、外力によるロッドエンド９の変形量を非常
に増幅した状態でＬＶＤＴロッド６へ帰還することがで
きる。また、本実施例の構造は第６図からも明らかなよ
うに、工作および製造が非常に容易な形状となっている
。

また、本実施例においては、リンク２２．２４．２５．
２８の各連結部におけるバックラッシを与圧スプリング
２９によりなくすようにしているためにバックラッシの
影響も非常に減することができる。

なお、第１実施例および第２実施例においてロッドエン
ド９に軸方向外力のみならず軸方向に垂直な外力も加わ
るような使用方法を取る場合には、その垂直な外力が第
１図および第２図において紙面に直交する方向に作用す
るように設定することが好ましい。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば下記の効果が奏
される。

１）シリンダ内差圧検出機構が不要であり、帰還ポイン
トがＬＶＤＴであるため、低コストである。

２）固定絞り、及び、作動油浸漬部に摺動部等がないた
め、作動油混入異物等により、本機構が作動不良を起こ
すことがなく、更に、１）項等の理由により、信頼性が
高い。

３）軽量／省スペースである。

４）外力検出を目的として、両シリンダ間差圧を検出す
る方法を採っていないため、ピストンシール部の摩擦力
による分解能劣化の現象は発生しない。

５）製造公差が小さい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面図、第２図は第１実
施例の要部の斜視図、第３図（ａ）は第１実施例の別の
要部の正面図、第３図（ｂ）は平面図、第４図は第３図
の断面図、第５図は第３図の斜視図、第６図は第２実施
例の要部断面図、第７図は第２実施例の作用を説明する
線図である。 １・・・電油変換手段、 ４・・・シリンダ型アクチュエータ、 ５・・・ＬＶＤＴ、　　　　６・・・復調器、７・・・
増幅器、　　　１０・・・アーマチュア、１６・・・加
算器、　　　２０・・・円筒部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、サーボアクチュエータのピストンロッドの変形量を
   機械的に帰還して剛性調整を行なうようにしたことを特
   徴とするサーボアクチュエータ。 ２、サーボアクチュエータのピストンロッドの変形量を
   機械的に帰還して安定性補償を行なうようにしたことを
   特徴とするサーボアクチュエータ。 ３、電気信号を油圧信号に変換する電油変換手段、該電
   油変換手段により作動されるアクチュエータ、該アクチ
   ュエータの出力部材の位置を検出し位置電気信号を発信
   する位置検出器、該位置検出器からの位置信号と指令信
   号とを比較して偏差信号を発信する加算器、該加算器か
   らの偏差信号を前記電油変換手段へ入力する電油サーボ
   アクチュエータにおいて、該サーボアクチュエータのピ
   ストンロッド部の外力に伴なう変形量を機械的に検出し
   、機械的変位増幅機構により増幅して、この変位を位置
   検出装置に帰還するようにしたことを特徴とするサーボ
   アクチュエータ。